KR102191291B1 - Battery enclosure for fire spread prevention, deflagration prevention and efficient cooling and inner space having it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복수의 배터리를 저장하는 함체에 있어서 화재 확산 방지, 폭연 방출 그리고 효율적 공조를 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비상시 배터리로부터 발생하는 유해 가스나 폭연 시 압력을 신속히 배출하여 연소 조건을 경감하고 화재 발생 시 함체 외부로 화재가 확산되는 것을 억제하는 장치와 평상시에는 함체 내 적층된 배터리 모듈을 균등히 냉각할 수 있는 효율적 공조를 위한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a device for preventing the spread of fire, releasing deflagration, and efficient air conditioning in an enclosure storing a plurality of batteries, and more particularly, to rapidly discharge harmful gases generated from batteries in an emergency or pressure during deflagration to reduce combustion conditions. The present invention relates to a device for mitigating and preventing the spread of fire to the outside of the enclosure when a fire occurs, and a device for efficient air conditioning that can evenly cool the battery modules stacked in the enclosure in normal times.
전기 에너지를 저장하여 필요시 사용하는 에너지 저장 장치의 핵심적인 구성요소인 이차전지는 화석 연료의 사용을 감소시킬 수 있다는 장점뿐만 아니라, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 에너지 공급원으로 주목 받고 있다.The secondary battery, which is a key component of an energy storage device that stores electrical energy and uses it when needed, not only has the advantage of reducing the use of fossil fuels, but also enhances eco-friendliness and energy efficiency in that by-products from energy use are not generated. It is attracting attention as an energy source for
때문에, 이차전지는 다양한 산업 특히 도래하는 4차 산업의 핵심적 기반이 됨과 동시에 미래 핵심적 산업 동력원으로 각 국가마다 경쟁적으로 많은 지원과 장려가 이루지고 있는 것이 세계적인 추세이다.Therefore, it is a global trend that rechargeable batteries become a core foundation for various industries, especially the 4th industry, and are competitively supported and encouraged by each country as a key industrial power source in the future.
이러한 잠재적 가치와 기하급수적인 기술의 발달로 인해 다양한 유형의 이차 전지가 개발되었으며 특히 전기화학식 전지는 높은 에너지 밀도로 인해 많이 이용되고 있다.Due to the potential value and exponential development of technology, various types of secondary batteries have been developed, and in particular, electrochemical batteries are widely used due to their high energy density.
셀 제조사는 경쟁적인 연구 개발로 인해 전기화학식 전지의 에너지 밀도를 매년 향상시키고 있으며 또한 에너지 저장 장치 제조사는 전기적으로 연결된 복수의 전지 셀 집합체를 저장하는 배터리 시스템을 이용하여 한정된 공간 내에 많은 용량을 실현함으로써 부가가치가 높은 제품을 생산하고 있다. 일반적으로 에너지 저장 장치의 주요 구성요소인 배터리 시스템은 복수의 셀들의 집합체인 모듈(또는 트레이)이 종으로 배열되는 수직형 함체 구조를 가지고 있으며 이러한 함체 구조물을 랙 또는 유닛으로 불리운다. Cell manufacturers are improving the energy density of electrochemical cells every year due to competitive research and development, and energy storage device manufacturers also realize a large capacity in a limited space by using a battery system that stores a plurality of electrically connected battery cell aggregates. It produces products with high added value. In general, a battery system, which is a major component of an energy storage device, has a vertical enclosure structure in which modules (or trays), which are an assembly of a plurality of cells, are vertically arranged, and such an enclosure structure is called a rack or unit.
하지만 전기화학식 전지가 갖는 높은 에너지 밀도로 인해 높은 화재위험성 또한 동시에 내포하고 있다.However, due to the high energy density of electrochemical batteries, it also poses a high fire risk.
전기화학식 전지는 사용 중 발생할 수 있는 여러 가지 부주의한 원인으로 인해 고장을 일으킬 수 있으며 이러한 고장은 화재로 이어지는 가능성이 매우 높다. Electrochemical batteries can fail due to a number of inadvertent causes that may occur during use, and such failures are very likely to lead to fire.
전기 화학식 전지의 특성상 화재 발생 전에 많은 인화성 가스를 포함한 유해 가스를 배출하며 이로 인해 폭연을 일으키는 충분한 조건을 형성시키며 내부 고장이 계속 진행되는 경우 수초, 수분 또는 수 시간이 지나 열폭주 현상이 일어나며 고온의 열과 화염이 발생하고 주변으로 전달되어 연쇄 발화의 조건을 생성한다. 전기 화학식 전지 셀이 갖는 높은 에너지 밀도와 연쇄 발화로 인해 발생하는 화재는 높은 열량을 지니고 있어 긴 시간에 걸쳐 연소한다. Due to the characteristics of the electrochemical battery, it discharges harmful gases including a large number of flammable gases before a fire occurs, thereby creating sufficient conditions to cause deflagration. If internal failure continues, thermal runaway occurs after several seconds, minutes, or hours. Heat and flames are generated and transferred to the surroundings, creating conditions for chain ignition. The high energy density of electrochemical battery cells and fires caused by chain ignition have a high amount of heat and burn over a long period of time.
또한 열 폭주에 의한 초기 화재를 감지하더라도 전지 셀이 밀집되어 있는 모듈 또는 팩은 반 밀폐형으로 되어 있어 소화 약제의 침투가 어려워 초기 진압이 어려우며 화재가 진행되면 적은 양의 물로는 소화가 불가능 하다. In addition, even if the initial fire due to thermal runaway is detected, the module or pack in which the battery cells are concentrated is of a semi-closed type, so it is difficult to penetrate the fire extinguishing agent, making it difficult to extinguish the initial fire.If a fire proceeds, it is impossible to extinguish with a small amount of water.
이러한 이유로 국내 또는 해외의 이차 전지로 된 배터리 시스템 관련 안전 기준에서는 화재 확산 방지에 초점을 둔 여러 기준들을 제시하고 있다. 예를 들면 화재로 발생하는 열이 주변으로 전달되는 것을 효과적으로 방지하고 인화성가스에 의한 이차 점화와 폭연에 의한 구조적 손상을 방지하는 기준을 제시하고 있으며 배터리 함체간 적절한 이격 거리에 관한 기준을 제시하고 있다. For this reason, safety standards related to battery systems made of secondary batteries in Korea or abroad suggest several standards that focus on preventing the spread of fire. For example, it provides standards to effectively prevent heat from fire from being transferred to the surroundings, to prevent secondary ignition from flammable gas and structural damage from deflagration, and to provide standards for appropriate separation distance between battery enclosures. .
이와 같이 화재 발생 시 화염으로 인한 주변 시설물이나 주변 배터리 함체, 즉 주변 랙 또는 유닛으로 전달되는 열을 차단하기 위해서는 불연성 재료를 이용한 밀폐형 함체 구조를 갖는 것이 용이하다. In this way, it is easy to have a closed enclosure structure using a non-combustible material in order to block heat transmitted to surrounding facilities or surrounding battery enclosures, that is, surrounding racks or units due to flames when a fire occurs.
하지만 밀폐형 함체는 내부 인화성 가스축적에 따른 폭연과 이에 따른 내부 압력의 급격한 변화로 함체 내 전기 시설과 구조물에 손상을 초래할 수 있을 뿐 아니라 정상운영 시에는 배터리로부터 방출되는 열을 효과적으로 냉각시키기가 어려운 단점이 있다. However, the enclosed enclosure may cause damage to the electrical facilities and structures in the enclosure due to deflagration caused by the accumulation of flammable gases and the resulting rapid change in internal pressure, and it is difficult to effectively cool the heat emitted from the battery during normal operation. There is this.
특히 함체 내 배터리 모듈이 상하로 적층된 경우, 배터리 상하 모듈의 온도차가 발생하게 되며 이러한 온도차로 인하여 결국 셀 제조사 권장 환경 유지를 어렵게 만들 뿐 아니라 장시간 운용시 모듈 별 노화 진행정도가 일정치 않게 되어 수명 주기 예측이 어렵고 또한 열이 축적된 모듈내 셀 밸런스가 무너지게 된다. 셀 밸런스를 유지하기 위해 추가적인 전력 소모와 이로 인한 열 발생으로 전체 시스템의 노후화를 가속시키게 된다.In particular, when the battery modules in the enclosure are stacked up and down, a temperature difference between the upper and lower modules of the battery occurs. This temperature difference eventually makes it difficult to maintain the recommended environment for the cell manufacturer, and the degree of aging for each module is not constant during long-term operation, resulting in lifespan. It is difficult to predict the period and the cell balance in the module in which heat is accumulated is broken. In order to maintain the cell balance, the aging of the entire system is accelerated by additional power consumption and heat generation.
결국 전체적인 수명 단축과 성능 저하 뿐만 아니라 고장과 화재로 이어질 수 있는 문제가 발생한다. Eventually, problems that can lead to failure and fire as well as overall lifespan reduction and performance degradation occur.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명은 배터리 모듈을 적재할 수 있는 불연성재료로 이루어진 반밀폐형 함체 구조물에 함체 내부로 냉기가 유입되는 유입구와 함체 내부의 공기를 외부에 배출할 수 있는 배출팬이 설치된 배출관으로 구성되어 함체 내부 냉각 공기의 흐름을 원활하게 하는 기능을 제공한다. The present invention has been made to solve the above problems, the present invention is a semi-closed enclosure structure made of a non-combustible material capable of loading a battery module, an inlet through which cold air flows into the enclosure and the air inside the enclosure is discharged to the outside. It is composed of a discharge pipe installed with an exhaust fan to provide a function to smooth the flow of cooling air inside the enclosure.
추가적으로 함체 내에 적층된 배터리 모듈의 열을 균등하게 냉각하여 함체 내 상하 온도차를 줄이고 함체내 온도 환경을 균일하게 유지하기 위한 배출팬, 방열판, 냉각핀, 배출관의 개구부 배치 등을 이용한 간단한 통풍 구조를 제공하는 데 목적이 있다. In addition, it provides a simple ventilation structure using an exhaust fan, heat sink, cooling fins, and openings of the exhaust pipe to reduce the temperature difference between the top and bottom of the enclosure by cooling the heat of the battery modules stacked in the enclosure evenly, and to maintain a uniform temperature environment in the enclosure. There is a purpose to do.
또한, 배터리 고장으로 인한 인화가스와 유해가스로 구성된 오프 가스 발생시, 배출팬을 이용하여 함체 내부의 오프가스를 신속하게 배출하여 화재나 폭연 위험성을 경감시킬 수 있다. 배터리의 고장이 계속 진행되어 화재가 발생하는 상황시에는 배출팬의 작동을 멈추어 배터리실 또는 함체 내부로 공기의 유입을 억제하여 함체 내부 연소조건을 경감하도록 하고 폭연 방출 장치를 이용하여 폭연 발생시 압력을 방출하고 화재 발생시 함체 내부 화염이 해당 함체 주변으로 전파되는 것을 억제하는 기능을 제공하는 데 목적이 있다.In addition, when off-gas consisting of flammable gas and harmful gas is generated due to a battery failure, the off-gas inside the enclosure is quickly discharged using a discharge fan, thereby reducing the risk of fire or detonation. In the event of a fire due to continuous failure of the battery, the exhaust fan is stopped to suppress the inflow of air into the battery compartment or the interior of the enclosure to reduce the combustion conditions inside the enclosure, and a deflagration discharge device is used to reduce the pressure when deflagration occurs. The purpose of this is to provide a function of suppressing the propagation of flames inside the enclosure in case of discharge and fire.
본 발명은 배터리를 포함하는 함체 구조에 있어서 평상시와 비상시에 요구되는 상충되는 조건(원활한 공조, 폭연 방출과 화염 내부 봉쇄)을 동시에 만족하는 함체 구조와 주변 장치를 제공하는 데 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a housing structure and a peripheral device that simultaneously satisfy conflicting conditions (smooth air conditioning, deflagration discharge and flame internal containment) required in normal and emergency situations in a housing structure including a battery.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 각각 면에 판넬을 이용하여 감싸는 반 밀폐형 구조인 함체; 상기 함체 외부로부터 내부로 공기가 들어오는 입구 역할을 하는 유입구; 상기 유입구에서 유입된 함체 내부의 공기를 외부로 배출하는 경로를 제공하는 배출관;을 포함한다.In order to solve the above problems, the present invention is a semi-closed structure that is wrapped using a panel on each side; An inlet serving as an inlet through which air enters from the outside of the enclosure; It includes; a discharge pipe that provides a path for discharging the air inside the enclosure introduced from the inlet to the outside.
상기 유입구가 함체의 정면 판넬에 통공되고, 상기 유입구를 통해 유입된 냉기가 상기 배출관의 외측면에 타공된 복수의 개구부;를 통해 유입되어 배출되거나, 상기 유입구와 배출관에 타공된 복수개 개구부의 형성 위치와 복수개의 배터리 모듈 간극 형성 위치가 각각 일대일로 수평하게 일치하도록 하여 수평으로 유입된 냉기가 상기 유입구의 개구부를 통해 수평으로 유입되어 상기 배터리 모듈 사이를 수평으로 지나 상기 배출관의 개구부로 수평으로 유입되어 외부로 배출된다.The inlet port is through the front panel of the enclosure, and the cold air introduced through the inlet port is a plurality of openings perforated on the outer surface of the discharge pipe; through which the plurality of openings are introduced and discharged, or the plurality of openings perforated in the inlet and the discharge pipe are formed. And the plurality of battery module gap formation positions are horizontally aligned one-to-one, so that the horizontally introduced cold air flows horizontally through the opening of the inlet, passes horizontally between the battery modules, and horizontally flows into the opening of the discharge pipe. It is discharged to the outside.
상기 배출관의 일측부에 배출팬을 부착하여 랙 내부의 공기를 강제 배출시킨다.A discharge fan is attached to one side of the discharge pipe to forcibly discharge the air inside the rack.
상기 유입구가 함체의 정면 판넬에 통공되고, 상기 유입구를 통해 유입된 냉기가 상기 배출관의 외측면에 타공된 복수의 개구부;를 통해 유입되어 배출되며, 상기 개구부의 크기는 배출팬에 가까운 위치는 작게 하고 멀수록 커지게 하거나 상기 개구부 간의 간격을 배출팬에 가까울수록 넓게 하고 멀어질수록 좁게 하여 각각의 개구부로 흡입되는 공기량을 동일하게 한다.The inlet is passed through the front panel of the enclosure, and the cold air introduced through the inlet is introduced and discharged through a plurality of openings perforated on the outer surface of the discharge pipe, and the size of the opening is small in a position close to the discharge fan. The distance between the openings is increased or the distance between the openings is made wider as it is closer to the exhaust fan and narrower as it is further away, so that the amount of air sucked into each opening is made equal.
상기 유입구가 함체의 정면 판넬에 통공되고, 상기 함체 내 배면 또는 측면에 복수의 배출관이 설치되고, 상기 유입구를 통해 유입된 냉기가 개개의 배출관의 외측면에 타공된 복수의 개구부;를 통해 유입되어 배출되며, 상기 개개의 배출관 의 개구부의 개수를 높이에 따라 달리하여 흡입되는 공기량이 함체내 상중하 부분에 관계없이 동일한 양이다.The inlet is provided through a front panel of the enclosure, a plurality of discharge pipes are installed on the rear or side of the enclosure, and the cold air introduced through the inlet is introduced through a plurality of openings perforated on the outer surface of each discharge pipe. It is discharged, and the amount of air sucked by varying the number of openings of the individual discharge pipes according to the height is the same regardless of the upper, middle and lower parts of the enclosure.
상기 유입구가 함체의 정면 판넬에 통공되고, 상기 유입구를 통해 유입된 냉기가 상기 배출관의 외측면에 타공된 복수의 개구부;를 통해 유입되어 배출되며, 상기 유입구로부터 상기 배출관의 개구부까지 냉기가 이동하는 동안 상기 배터리 모듈의 표면을 냉각하기 위해 상기 배터리 모듈의 상단, 하단 또는 측면에 냉기 이동 방향에 따라 설치되는 냉각핀;을 더 포함한다.The inlet is passed through the front panel of the enclosure, and the cold air introduced through the inlet is introduced and discharged through a plurality of openings perforated on the outer surface of the discharge pipe, and the cold air moves from the inlet to the opening of the discharge pipe. It further includes; cooling fins installed in the upper, lower, or side surfaces of the battery module according to the moving direction of cold air to cool the surface of the battery module while the battery module is cooled.
상기 배터리 함체 내 가장 하단에 설치된 모듈 을 지면의 냉기나 습기로부터 보호하기 위한 상기 함체 내 바닥면에 설치되는 불연성 단열재나 습기 차단재;를 포함한다.And a non-combustible insulation or moisture barrier installed on the bottom surface of the enclosure to protect the module installed at the bottom of the battery enclosure from cold air or moisture on the ground.
상기 함체 내부 적층된 배터리 모듈 내부 또는 함체 내부 공간 상단 또는 배출팬 주변 중 하나 이상에 설치되는 화재 감지 및 가스 감지 시스템;을 더 포함한다.It further includes a fire detection and gas detection system installed in one or more of the inside of the battery module stacked inside the housing or at the top of the internal space of the housing or around the exhaust fan.
본 발명은 각각 면에 판넬을 이용하여 감싸는 반 밀폐형 구조인 함체; 상기 함체 외부로부터 내부로 공기가 들어오는 입구 역할을 하는 유입구; 상기 유입구와 상기 함체의 판넬 내측면에 복수의 개구부로 통공된 찬넬을 덧대어 형성된 폭연 방출관;을 포함한다.The present invention is a semi-closed structure that is wrapped using a panel on each side of the enclosure; An inlet serving as an inlet through which air enters from the outside of the enclosure; And a deflagration discharge tube formed by attaching a channel through the inlet and a plurality of openings on the inner surface of the panel of the enclosure.
상기 폭연 방출관을 구성하는 유입구와 상기 개구부의 통공을 루버형식;으로 한다.The inlet of the deflagration discharge pipe and the through hole of the opening are louvered.
상기 폭연 방출관내에 삽입되어 화재 시 소염역할을 하는 인화 방지망;을 포함한다.It includes; a flammability prevention net inserted into the deflagration discharge pipe to act as an extinguishing flame in case of fire.
상기 배터리 함체를 이용한 실내 장치에 있어서, 상기 배출팬이 배터리실 내부 공조 덕트와 연결되어 있는 경우, 외부 배기 덕트를 상기 내부 공조 덕트로부터 분기하고 상기 분기점에 댐퍼를 설치하여 공조와 배기의 기능을 상황에 따라 수행하도록 한다.In the indoor device using the battery enclosure, when the exhaust fan is connected to the air conditioning duct inside the battery chamber, the external exhaust duct is branched from the internal air conditioning duct and a damper is installed at the branch point to perform the functions of air conditioning and exhaust. Follow the instructions.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 배터리가 설치된 공간에 간단한 구조 장치를 추가하여 배터리의 수명의 균일한 유지와 성능 저하 방지뿐만 아니라 고장으로 인한 화재 위험성 감소와 화재 확산 방지 기능을 제공할 수 있다.According to the present invention made as described above, by adding a simple rescue device to the space in which the battery is installed, it is possible to provide a function of not only maintaining a uniform life of the battery and preventing performance degradation, but also reducing the risk of fire due to failure and preventing the spread of fire.
본 발명은 반 밀폐형 함체에 간단한 구조물을 설치하여 냉각 효율을 높이고 함체 내 상하로 적층된 모듈 간 온도분포를 균등하게 함으로써 배터리의 수명을 균일하게 유지하여 장기적으로는 시스템의 수명과 성능을 향상시킬 수 있고 유지 보수 비용을 줄일 수 있다.The present invention improves cooling efficiency by installing a simple structure in a semi-hermetic enclosure, and maintains a uniform battery life by equalizing the temperature distribution between modules stacked up and down in the enclosure, thereby improving the life and performance of the system in the long term. And can reduce maintenance costs.
또한 본 발명은 비상시 함체내부의 유해 가스를 신속하게 배출하여 폭연조건을 경감하고 가스 점화로 인한 함체 내부에서 폭연 발생 시, 폭연 방출을 용이하게 하여 내부 또는 주위 전기 시설물의 피해 확산을 방지하며, 화재로 인한 화염을 해당 함체 외부로 확산되는 것을 방지함으로써 화재 안정성을 높일 수 있다.In addition, the present invention reduces deflagration conditions by rapidly discharging harmful gases inside the enclosure in an emergency, and facilitates the discharge of deflagration when deflagration occurs inside the enclosure due to gas ignition, thereby preventing the spread of damage to the interior or surrounding electrical facilities, and Fire stability can be improved by preventing the flame from spreading outside the enclosure.
또한 본 발명은 배터리 실내에 공조를 위한 덕트에 간단한 구조의 배기 덕트를 분기하여 각 상황에 따라 수행할 수 있는 장치 등을 포함한다.In addition, the present invention includes a device that can be performed according to each situation by branching an exhaust duct of a simple structure to a duct for air conditioning in a battery room.
도 1은 종래 발명에 따른 함체를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 효율적 공조의 일실시예로 함체 전면부 판넬에 타공된 유입구와 함체 내에 설치된 배출관이 설치된 기본 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 함체 전면부 판넬에 타공된 유입구와 함체내에 설치된 배출관의 응용 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 함체내에 설치된 배출관과 배출관 상측부에 설치된 배출팬을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 배출관을 보여주는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 원활한 냉기 출입을 위한 실시예로 유입구와 배출관 개구부의 위치와 단면을 보여주는 도면이다.
도 6b, 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배출관의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 6d, 6e, 6f는 본 발명의 효율적 공조의 실시예로 냉각핀과 배터리 모듈 케이스에 설치된 냉각핀을 보여주는 도면이다.
도 6g는 일례로 수직으로 적층된 함체내 모듈내 배터리 온도와 모듈내 상대 습도 분포를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 배터리 고장으로 인한 비상시 화재 위험성을 경감하기 위한 실시예에 따른 가스 및 화재 감지 센서 시스템의 위치를 보여주는 도면이다.
도 8a, 8b는 본 발명의 화염 확산 방지 실시예에 따른 함체 프레임에 화염 탈출 방지턱을 설치하는 경우를 보여주는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 화재 확산 방지의 실시예로 배터리 함체 도어 판넬 내면에 폭연 방출관이 설치된 함체 세부 구조를 보여주고 있다.
도 9b는 본 발명의 화재 확산 방지의 실시예로 배터리 함체 도어 판넬 내면에 폭연 방출관이 설치된 함체의 단면 구조를 보여주고 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 루버형태로 통공된 유입구와 개구부로 이루어진 폭연 방출관의 단면과 상기 관내로 화염의 진입과 굴절 방향을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭연 방출관내 설치된 인화 방지망의 단면을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 배터리실 외부로 화재 확산 방지를 위한 배터리실 내부 공조 덕트와 배기 덕트의 구조를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a case according to the prior invention.
FIG. 2 is a view showing a basic structure in which an inlet perforated in a front panel of a case and a discharge pipe installed in the case are installed as an embodiment of efficient air conditioning of the present invention.
3 is a view showing an application structure of an inlet perforated in a front panel of a case and a discharge pipe installed in the case according to another embodiment of the present invention.
4 is a view showing a discharge pipe installed in a case and a discharge fan installed at an upper portion of the discharge pipe according to another embodiment of the present invention.
5 is a view showing a plurality of discharge pipes according to another embodiment of the present invention.
6A is a view showing a location and a cross section of an inlet port and an outlet pipe opening according to an embodiment for smooth cold air access according to the present invention.
6B and 6C are views showing a detailed structure of a discharge pipe according to another embodiment of the present invention.
6D, 6E, and 6F are views showing cooling fins and cooling fins installed in a battery module case according to an exemplary embodiment of efficient air conditioning of the present invention.
6G is a diagram showing a battery temperature in a module in a vertically stacked enclosure and a relative humidity distribution in a module as an example.
7 is a view showing a location of a gas and fire detection sensor system according to an embodiment for reducing the risk of fire in case of emergency due to a battery failure of the present invention.
8A and 8B are views illustrating a case of installing a flame escape prevention jaw on a housing frame according to an embodiment of preventing flame spread of the present invention.
9A shows a detailed structure of an enclosure in which a deflagration discharge pipe is installed on an inner surface of a door panel of a battery enclosure as an embodiment of preventing fire spread of the present invention.
9B shows a cross-sectional structure of a case in which a deflagration discharge pipe is installed on an inner surface of a door panel of a battery case as an embodiment of preventing fire spread of the present invention.
FIG. 10 is a view showing a cross section of a deflagration discharge pipe including an inlet and an opening formed through a louver according to another embodiment of the present invention, and a direction of entry and refraction of a flame into the pipe.
11 is a view showing a cross-section of a ignition prevention net installed in a deflagration discharge pipe according to another embodiment of the present invention.
12 is a view showing a structure of an air conditioning duct and an exhaust duct inside a battery compartment for preventing the spread of fire outside the battery compartment according to the present invention.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shape of the element in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description. It should be noted that in each drawing, the same member may be indicated by the same reference numeral. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
구체적으로 살펴보면, 본 발명은 복수개의 이차전지가 전기적 구성으로 집합체를 이뤄 배열되는 구조를 담고 있는 모듈, 복수개의 모듈이 전기적으로 연결되고 적층되어 있는 것을 감싸는 배터리 함체, 그리고 한 개 이상의 배터리 함체를 저장하는 배터리 실 등에 설치할 수 있는 효율적 배터리 냉각과 화재 확산 방지를 위한 장치에 관한 것이다. 본문에서는 이차 전지로서 원통형 배터리 셀을 기준으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the present invention stores a module containing a structure in which a plurality of secondary batteries are arranged as an aggregate in an electrical configuration, a battery enclosure surrounding the electrically connected and stacked plurality of modules, and one or more battery enclosures. It relates to a device for efficient battery cooling and prevention of fire spread that can be installed in a battery compartment. In the text, a secondary battery is described based on a cylindrical battery cell, but is not limited thereto.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 함체(10), 배출관(11), 유입구(12) 등으로 구성된다.As shown in Figures 2 to 5, the present invention is composed of a
상기 함체 (10)은 각각 6면에 판넬을 이용하여 감싸는 반 밀폐형 육면체 구조이지만, 육면체 구조에 한정되지 않고 장소에 따라 필요한 형태로 만들 수 있다.The
상기 유입구(12)는 함체(10) 외부로부터 내부로 냉기가 들어오는 입구 역할을 하는 개구부로서 복수개로 나열되며, 다양한 형태의 개구부(12-1, 12-2)로 구성된다. The
상기 배출관(11)은 유입구(12)에서 유입된 함체(10) 내부의 공기를 유입받는 복수의 개구부(11-4)와 외부로 배출하는 개구부(11-2)를 제공한다.The
상기 유입구(12)가 함체(10)의 전면 판넬에 통공되고, 상기 배출관(11)은 배면 판넬 또는 측면 판넬 중 하나 이상(예 : 11a, 11b, 11c)에 위치하여, 상기 유입구(12)를 통해 유입된 냉기가 상기 함체(10) 내부에 적층된 배터리 모듈의 표면을 냉각시킨 후 상기 배출관(11)의 외측면에 타공된 개구부(11-4)를 통해 유입되어 상측부(11-2)를 통해 배출되어 냉각이 이루어진다. The
상기 배출관(11)의 상측부(11-2)에 배출팬(11-3)을 부착하여 랙 내부의 공기를 강제 배출시킬 수 있다.By attaching a discharge fan 11-3 to the upper part 11-2 of the
상기 유입구(12)와 배출관(11)은 각각 수직으로 배열된 복수개의 개구부(12-1, 12-2, 11-4)를 포함하여 함체(10) 내부 상하 전 구간에 걸쳐 공기의 출입이 용이하다.The
이러한 개구부의 위치를 더욱 효과적으로 이용하기 위해, 상기 유입구(12)와 배출관(11)에 타공된 복수개 개구부의 형성 위치와 복수개의 배터리 모듈 간극 형성 위치가 일대일로 수평하게 일치하도록 하여 수평으로 유입된 냉기가 상기 유입구(12)의 개구부를 통해 수평으로 유입되어 배터리 모듈 간극을 수평으로 지나 상기 배출관(11)의 개구부(11-4)로 수평으로 유입되어 외부로 배출되도록 할 수 있다.In order to more effectively use the positions of these openings, the cold air introduced horizontally by making the formation positions of the plurality of openings perforated in the
상기 개구부의 크기는 배출팬(11-3)에 가까운 위치는 작게 하고 멀수록 커지게 하거나 상기 개구부 간격을 배출팬(11-3)에 가까울수록 넓게 하고 멀어질수록 좁게 하여 냉기 풍량을 상하 전 구간에 걸쳐 일정하도록 한다.As for the size of the opening, the position close to the discharge fan (11-3) is made small and the distance is increased, or the gap of the opening is made wider as it is closer to the discharge fan (11-3) and narrower as the distance from the discharge fan (11-3) increases. Keep it constant throughout.
상기 유입구에서 배출관의 개구부(11-4)까지 수평으로 이동하는 냉기가 모듈의 표면을 고르게 분포하여 지나가기 위한 공기 채널을 형성하기 위해 냉기 이동 방향에 따라 모듈 표면에 냉각핀(11-12)을 설치할 수 있다. Cooling fins 11-12 are provided on the module surface according to the moving direction of the cold air in order to form an air channel through which cold air moving horizontally from the inlet to the opening 11-4 of the discharge pipe evenly distributes the surface of the module. Can be installed.
이때 상기 냉각핀이 설치된 모듈 케이스의 내면과 모듈 내 배터리 탭 또는 부스바 사이 공간에 열전도율이 좋은 충진재를 채워 효율적인 열교환이 이뤄지도록 할 수 있다. At this time, the space between the inner surface of the module case in which the cooling fins are installed and the battery tab or the busbar in the module may be filled with a filler having good thermal conductivity so that efficient heat exchange can be achieved.
상기 충진재로는 절연성을 갖춘 방열 패드 또는 갭필러 등이 사용될 수 있다.As the filler, a heat dissipation pad or a gap filler having insulating properties may be used.
상기 함체의 바닥면에는 습기 차단제 또는 단열재를 시공하여 지면으로부터 올라오는 습도와 찬공기 유입을 차단함으로써 상기 함체 내부의 상하 온도차가 균등하도록 한다.A moisture barrier or heat insulating material is installed on the bottom of the housing to block humidity and cold air coming from the ground so that the difference in temperature between the top and bottom of the inside of the housing is equal.
상기 복수개의 유입구(12)가 설치된 판넬의 내측면에 복수개로 통공된 찬넬(14)을 덧대어 설치하여 폭연 방출관(13)을 생성한다. 상기 폭연 방출관은 폭연으로 발생하는 압력을 함체 외부로 방출하지만 화염이 함체 외부로 탈출하는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 이때 유입구(12)의 위치와 찬넬의 개구부(14-1) 위치는 서로 엇갈리게 마주하도록 배치하여 함체 내부의 화염이 외부로 탈출하는 것을 효과적으로 억제하도록 한다.The
상기 복수개의 유입구(12)와 찬넬(14)의 개구부(14-1)의 형태는 루버형식을 따르며 내부 화염이 상기 폭연 방출관을 통과하여 외부로 탈출 시 화염의 진행 방향을 왜곡하고 방해하도록 하여 화염이 주변으로 확산되는 것을 방지한다.The shapes of the plurality of
상기 폭연 방출관(13) 내에 금속성 인화 방지망(31)을 장착하여 함체 내부 화염이 폭연 방출관(13)으로 유입되어 인화방지망(31)을 통과 시 열을 뺏김으로써 화염을 진압하는 역할을 한다. A metallic
또한 상기 함체 전면부 도어 판넬(30) 가장자리와 맞닿는 함체(10) 프레임 부분에 일정 높이의 턱(16)을 설치하여 내부 화염이 도어 판넬(30)과 함체(10)의 틈새를 통해 외부로 새어나가는 억제하도록 한다.In addition, by installing a
상기 배출팬(11-3)이 배터리실 내부 공조 덕트(20-1)와 연결되어 있는 경우, 외부 배기 덕트(20-2)를 상기 내부 공조 덕트(20-1)로부터 분기하여 설치하고 분기되는 지점에 댐퍼(25)를 설치하여 공조와 배기의 기능을 상황에 따라 수행하도록 한다.When the exhaust fan 11-3 is connected to the air conditioning duct 20-1 inside the battery chamber, the external exhaust duct 20-2 is branched from the internal air conditioning duct 20-1 and is branched. A
이하 본 발명에 따른 반 밀폐형 함체 내 적층된 배터리의 모듈간 온도편차를 줄이는 효율적인 냉각과 화재와 폭연 위험성 경감과 화재 확산 방지를 위한 배터리 함체의 구조를 자세히 설명한다. Hereinafter, the structure of the battery enclosure for efficient cooling, reducing the risk of fire and detonation, and preventing the spread of fire will be described in detail to reduce the temperature deviation between modules of the battery stacked in the semi-hermetic enclosure according to the present invention.
본 발명은 각각 6면에 판넬(정면 판넬, 측면 판넬, 상/하측 판넬, 배면 판넬)을 이용하여 함체 프레임을 감싸는 반 밀폐형 구조이며 함체 내 배터리로부터 방출되는 열을 냉각하기 위해 상기 판넬에 유입구(12)를 설치하고, 상기 유입구(12)에서 유입된 공기를 함체 밖으로 배출하는 배출관(11)을 설치한다. The present invention is a semi-hermetic structure that surrounds the frame frame by using panels (front panel, side panel, upper/lower panel, and rear panel) on each of six sides, and an inlet in the panel to cool the heat emitted from the battery in the case ( 12) is installed, and a
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 유입구(12)는 함체 외부로부터 내부로 냉기가 들어오는 입구가 되며 배출관(11)은 함체 내부의 따뜻한 공기를 외부로 배출하는 경로를 제공한다. As shown in FIGS. 2 and 3, the
본 발명에 따른 함체 내 적층된 배터리의 효율적인 냉각을 위해 함체 (10) 내부로 유입된 냉기가 배출관(11)까지 이동하는 동안 최대한 많은 배터리 모듈 표면을 냉각시킬 수 있도록 유입구(12)와 배출관(11)을 적절한 위치에 배치하도록 한다. For efficient cooling of the batteries stacked in the enclosure according to the present invention, the
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 상기 함체의 정면 판넬에 유입구(12)를 통공한 경우, 배출관(11)은 배면 판넬 또는 측면 판넬 중 하나 이상에 위치하여 냉기가 함체 내부에 적층된 배터리 모듈 표면을 냉각시킨 후 배출관(11)의 외측면에 타공된 개구부(11-4)를 통해 흡입되어 배출관(11)을 따라 이동하여 마지막 끝단에 위치한 개구부(11-2)를 통해 함체 외부로 배출되도록 한다.4 and 5, when the
예를 들면 정면 판넬에 유입구(12)를 통공한 경우, 배출관(11)은 배면 판넬 및 측면 판넬의 가장 안쪽에 3개가 위치하여 냉기가 함체 프레임 내부 적층된 배터리 모듈의 표면적을 냉각시킨 후 배출관(11)에 타공된 개구부(11-4)를 통해 함체 외부로 배출되도록 할 수 있다. For example, when the
도 6a에 도시한 바와 같이, 본 발명을 통해 최대한 많은 배터리 모듈 표면을 냉각시킬 수 있는 보다 효율적인 방법으로 유입구(12)와 배출관(11)에 타공된 개구부(11-4)의 높이를 같게 하고 그 높이를 배터리 모듈 간 간극에 위치하도록 하여 유입된 냉기가 곧바로 배터리 모듈의 표면을 지나 배출관(11)으로 나갈 수 있도록 유도할 수 있다.As shown in Figure 6a, in a more efficient way to cool the surface of the battery module as much as possible through the present invention, the height of the openings 11-4 perforated in the
도 1에 도시된 바와 같이 복수의 배터리 모듈이 수직으로 적층되어 있는 함체 내부 상하 온도차는 운용 시 심한 경우 10도 이상 벌어지게 되는데, 이는 결국 시스템 내 각각의 배터리 수명이 불균등하게 되어 전체적인 수명 단축과 고장의 원인을 제공하며 화재 위험성을 증가시킴으로 이를 해결하기 위해 배출관(11) 상부에 팬을 부착하여 랙 내부의 공기를 강제 배출시키는 장치를 제공하고자 한다.As shown in Fig. 1, the difference in temperature between the top and bottom of the enclosure in which a plurality of battery modules are vertically stacked is increased by 10 degrees or more during operation, which in turn leads to uneven battery life in the system, resulting in shortening of the overall lifespan and failure. In order to solve this problem by providing the cause of and increasing the risk of fire, it is intended to provide a device for forcibly discharging the air inside the rack by attaching a fan to the upper part of the
이때 각 배터리 모듈 케이스의 냉각속도를 일정하게 맞추어 함체 내 상하 온도편차가 일정온도 이상으로 벌어지지 않도록 하기 위해 배출관(11)에 복수의 개구부(11-4)를 수직으로 배열하여 상하 모든 구간에서 공기를 용이하게 배출하게 하고 각각의 배출관 개구부(11-4)를 통과하는 풍량을 일정하게 함으로써 상하 온도 편차를 일정 온도 범위 내에서 유지하도록 한다. At this time, a plurality of openings (11-4) are vertically arranged in the discharge pipe (11) in order to keep the cooling rate of each battery module case constant so that the upper and lower temperature deviations within the enclosure do not spread beyond a certain temperature, The upper and lower temperature deviations are maintained within a certain temperature range by making it easy to discharge and constant the amount of air passing through each discharge pipe opening 11-4.
함체 내 특정 높이에 위치한 배출관의 개구부(11-4)로 유입되는 풍량 (Q)은 상기 개구부의 면적(A)과 상기 개구부를 통과하는 풍속(v)에 따라 아래 수학식 1과 같이 결정된다. The air volume Q flowing into the opening 11-4 of the discharge pipe located at a specific height in the enclosure is determined as in
즉, 개구부 면적(A)이 일정하면 개구부를 통과하는 풍량(Q)은 풍속(v)에 비례한다. 또한 풍속이 일정하면 풍량(Q)은 개구부의 면적(A)에 따라 달라진다. That is, if the opening area A is constant, the air volume Q passing through the opening is proportional to the wind speed v. In addition, if the wind speed is constant, the air volume (Q) varies depending on the area (A) of the opening.
풍속(v)은 배기팬에서 멀어질수록 느려질 수 있으므로 배출관(11)의 개구부(11-4) 면적(A)을 높이에 따라 달리하거나 개구부 간격을 높이에 따라 달리함으로써 수직으로 적층된 각각의 배터리 모듈에 냉기의 풍량을 일정하게 공급하도록 한다. Since the wind speed (v) may be slower as it moves away from the exhaust fan, the vertically stacked batteries can be vertically stacked by varying the area (A) of the opening (11-4) of the discharge pipe (11) according to the height or by varying the opening gap according to the height. Make sure to supply a constant amount of cold air to the module.
이를테면 도 6b에 도시된 바와 같이 개구부(11-4)의 크기는 배출팬(11-3)에 가까운 위치는 작게 하고 멀수록 커지게 하거나 개구부(11-4)간의 간격을 배출팬(11-3)에 가까울수록 넓게 하고 멀어질수록 좁게 하여 상하 배출 풍량을 일정하도록 한다. For example, as shown in FIG. 6B, the size of the opening 11-4 is made smaller in a position close to the discharge fan 11-3 and larger, or the gap between the openings 11-4 is increased. The closer to ), the wider it is, and the farther it is, the narrower it is to keep the upper and lower discharged air volume constant.
또는 복수의 배출관(11)을 배치하여 높이에 따라 각각의 배출관(11)의 개구부(11-4)가 위치하는 구간을 달리할 수도 있다.Alternatively, a plurality of
도 6c에 도시된 바와 같이 복수개의 배출관(11)이 붙어 있는 형태로서 개구부의 크기가 일정할 때 개구부가 없는 일정 공간(B1, B2)을 두어 높이에 따라 개구부의 개수를 달리함으로써 상중하 냉각 풍량을 일정하도록 할 수 있다. As shown in Fig. 6c, when a plurality of
적층된 모듈 사이를 통과하는 냉기에 의해 모듈 내부의 열을 보다 효과적으로 냉각하고자 할 때, 도 6d에 도시된 바와 같이 냉각핀(11-12)을 사용하여 모듈의 외표면에 설치할 수 있다. 함체(10) 내 유입구로부터 배출관까지 이동하는 냉기의 방향에 따라 모듈(40) 상단 또는 하단 케이스에 냉각핀(11-12)을 설치하고 공기채널을 형성한다. 실시예로 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 함체 내 수직으로 적층된 모듈(40) 사이 공간에 흐르는 냉기는 모듈 외표면에 설치된 냉각핀(11-12)을 통해 모듈 표면에 골고루 분포하도록 하며 상기 냉각핀을 통해 열교환 효과를 증가시킨다. When it is desired to more effectively cool the heat inside the module by the cold air passing between the stacked modules, it can be installed on the outer surface of the module using the cooling fins 11-12 as shown in FIG. 6D. Cooling fins 11-12 are installed in the upper or lower case of the
또한, 모듈 상/하단 가장 바깥 테두리에 배치된 냉각핀 높이나 길이를 다른 냉각핀 특히 중앙의 냉각핀보다 상대적으로 작게 할 수 있다. 모듈 측면을 통해 추가적인 냉각 효과를 누릴 수 있는 바깥 테두리에서 가까운 곳에 위치한 냉각핀은 모듈 중앙 부분에 위치한 냉각핀보다 더 낮거나 짧아 전체적으로 냉각 효과가 전 표면에 균일하게 발생하도록 한다. In addition, the height or length of the cooling fins disposed on the outermost rims of the upper/lower module may be relatively smaller than that of other cooling fins, particularly the central cooling fin. The cooling fins located close to the outer rim, which can enjoy additional cooling effect through the side of the module, are lower or shorter than the cooling fins located in the central part of the module so that the overall cooling effect is uniformly generated on the entire surface.
또는 냉각핀(11-12)의 배치 간격은 모듈 상/하단 중앙부분에서 테두리쪽으로 갈수록 듬성듬성하게 하여 비슷한 효과를 유도할 수 있다. Alternatively, a similar effect can be induced by spacing the cooling fins 11-12 from the center of the upper/lower module toward the edge.
또는 모듈 간 공간이 여의치 않은 경우, 도 6f 에서 도시한 바와 같이, 모듈(40) 측면에 냉기의 이동 방향에 따라 냉각핀(11-12)을 설치하여 모듈 내부로부터 발생되는 열을 외부로 방출시킬 수 있도록 유도할 수 있다. Alternatively, if there is no space between modules, as shown in FIG. 6F, cooling fins 11-12 are installed on the side of the
도 6g에서 보듯, 상기 배터리 함체 내 가장 하단에 설치된 배터리 모듈은 지면으로부터 올라오는 냉기에 직접적으로 노출되어 있어 바로 상단에 적층된 배터리 모듈과 상당한 온/습도 차이가 발생하게 된다. 또한 바닥면과 인접한 배터리 모듈은 상대적으로 높은 습도에 노출되어 바닥면에 인접한 배터리 모듈 표면에 결로가 발생할 수도 있다.As shown in FIG. 6G, since the battery module installed at the bottom of the battery case is directly exposed to cold air coming up from the ground, a significant difference in temperature/humidity occurs from the battery module stacked on the top. In addition, the battery module adjacent to the bottom surface may be exposed to relatively high humidity and condensation may occur on the surface of the battery module adjacent to the bottom surface.
이로부터 보호를 위해 함체 바닥면에 바닥 냉기나 습기를 차단하는 장치를 설치함으로써 상하로 적층된 배터리 모듈간 온도 차이를 전체적으로 균등하게 하고 결로를 방지하도록 한다.To protect from this, a device that blocks cold air or moisture on the bottom of the enclosure is installed to equalize the temperature difference between the battery modules stacked up and down and prevent condensation.
상기 차단장치에는 열을 차단하는 단열재 또는 공기나 습기를 차단하는 석고보드, 폴리에틸렌 비닐 등을 이용할 수 있다.The blocking device may be an insulating material that blocks heat, gypsum board that blocks air or moisture, polyethylene vinyl, or the like.
또는 상기 차단장치 내부에 공기방이 형성되는 다수의 셀부로 이루어져 각 공기방에 의해 공기층을 형성하는 공기층 형성시트와, 상기 공기층 형성시트 상측에 부착되어 상기 공기방을 밀폐시키는 알루미늄 포일로 구성되기 때문에 공기층 및 알루미늄의 복합작용으로 단열효과를 극대화할 수 있다.Alternatively, the air layer and aluminum are composed of an air layer forming sheet which is composed of a plurality of cells in which an air chamber is formed inside the blocking device to form an air layer by each air chamber, and an aluminum foil attached to the upper side of the air layer forming sheet to seal the air chamber. Insulation effect can be maximized by the combined action of
또는 상기 알루미늄 포일 층의 밑에는 수많은 미세기공이 함유된 발포 폴리스틸렌으로 형성된 단열층이 부착되고, 그 단열층 하면에는 접착제가 도포되며, 그 접착제에 이형지가 피복되도록 구성될 수 있다.Alternatively, an insulating layer formed of expanded polystyrene containing numerous micropores is attached under the aluminum foil layer, an adhesive is applied to the lower surface of the insulating layer, and a release paper is coated on the adhesive.
추가적으로 불연성의 카본섬유 및 실리카섬유를 혼합하여 형성된 불연 단열층에 의하여 화재를 미연에 방지할 수 있고, 불연 단열층을 형성하고 있는 섬유들은 그 섬유들 사이에 공기를 내포하고 있으면서 알루미늄층이 상/하에서 보호하고 있어 단열도 가능하다.In addition, fire can be prevented in advance by the non-combustible insulation layer formed by mixing non-combustible carbon fibers and silica fibers, and the fibers forming the non-combustible insulation layer contain air between the fibers and the aluminum layer is protected from the top/bottom. It is also possible to insulate.
본 발명은 배터리 함체(10)의 폭연 방지 및 방출 구조에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 배터리 모듈 내 배터리 셀의 고장으로 오프가스가 발생할 때, 함체 내 오프 가스의 농도 증가를 감지하는 가스 감지 시스템이나 배터리 고장이 계속 진행되어 열 폭주 현상이 일어나기 수초 전에 발생하는 분진이나 연기를 감지하는 분진 또는 연기 감지 시스템 또는 화재로 인한 열을 감지하는 열 감지 시스템을 함체 내부의 특정 위치(15-1, 15-2, 15-3, 15-4, 15-5)에 장착할 수 있다.In the present invention, in the structure for preventing and discharging deflagration of the
상기 분진/연기/열 감지 및 가스 감지 시스템은 배터리 모듈 (40) 내부에 설치할 수도 있다.The dust/smoke/heat detection and gas detection system may be installed inside the
상기 가스 감지 시스템의 오프 가스 감지 시, 오프 가스가 함체 내부에 축적이 되지 않도록 상기 개구부(11-4)가 타공된 배출관(11)과 배출팬(11-3)을 이용하여 신속하게 배출하도록 하며 배출팬(11-3)을 통과하는 동안 폭발을 방지하기 위해 배출팬(11-3)은 방폭구조로 되어 있다. When the off-gas is detected by the gas detection system, the opening 11-4 is discharged quickly by using the perforated
또한, 오프 가스 발생 후, 배터리의 고장이 계속 진행되어 상기 분진/연기/열 감지 시스템에 의해 분진/연기/열 등이 감지될 때, 열폭주 현상으로 인한 화재 발생 징후로 판단되며 이때 화재가 확산하는 것을 방지하기 위해 배출팬(11-3)의 작동을 멈추어 함체 내부로 공기의 강제 유입을 중단하고 상기 배출관(11)과 유입구(12)를 통해 함체 공간 내의 가스가 함체 외부로 자연 배출되도록 유도함으로써 함체 내부 폭연 조건을 경감시킬 수 있다.In addition, after the off-gas is generated, when the battery continues to fail and dust/smoke/heat is detected by the dust/smoke/heat detection system, it is judged as a sign of fire occurrence due to thermal runaway. To prevent this, the operation of the exhaust fan (11-3) is stopped to stop forced inflow of air into the interior of the enclosure, and the gas in the enclosure space is naturally discharged to the exterior of the enclosure through the exhaust pipe (11) and inlet (12). By doing so, it is possible to reduce the conditions for deflagration inside the enclosure.
또한 본 발명은 배터리 함체(10)의 화재 확산 방지 구조에 있어서, 함체 내부에서 화재가 진행되는 동안 화염이 함체 외부로 새어나가는 것을 방지하기 위하여 도 8a 에 도시된 바와 같이, 함체 도어 판넬(30)의 가장 자리 부분과 맞닫는 함체(10)의 프레임을 따라 화염 탈출 방지 턱(16)을 설치하여 도어의 틈새 부분을 닫히도록 한다. In addition, the present invention in the structure for preventing the spread of fire of the
도 8b은 일정 높이의 수평면에서 자른 함체의 단면을 위에서 아래로 바라보는 모습을 도시한다. 상기 탈출 방지턱(16)은 전면 도어 판넬(30)의 가장자리와 함체의 틈새를 통해 화염이 외부로 탈출하기 위해서 방향을 굴절하도록 유도함으로써 화염의 탈출을 어렵게하여 함체 내부로 봉쇄하도록 하는 기능을 한다. 8B is a view showing a cross-section of a housing cut from a horizontal plane of a certain height viewed from top to bottom. The
또한 도 9a, 9b에 도시된 바와 같이 함체 내 인화성 가스 축적으로 폭연 발생 시 압력을 방출함과 동시에 화염이 함체 외부로 탈출하는 것을 억제하기 위한 장치로 공기 유입구(12)가 배열된 판넬의 배면에 찬넬(channel)을 덧대어 폭연 방출관(13)을 형성한다. 이때 찬넬은 C형 찬넬 또는 ㄷ형 찬넬을 사용할 수 있다. In addition, as shown in Figs. 9A and 9B, it is a device for releasing pressure when deflagration occurs due to the accumulation of flammable gas in the enclosure and at the same time suppressing the flame from escaping to the outside of the enclosure. A channel is added to form a
상기 찬넬(14)의 길이 방향에 따라 복수의 개구부(14-1)를 통공하고 상기 도어 판넬(30)의 통공된 복수개의 유입구(12)와 서로 엇갈리게 마주하도록 배치한다.A plurality of openings 14-1 are passed through the
도 9b에 도시된 바와 같이 폭연 방출관(13)에서 유입구(12)와 개구부(14-1)의 엇갈리게 마주하는 배치는 함체 내부의 화염이 찬넬에 배열된 개구부(14-1)를 통해 폭연 방출관(13) 내부로 진입하더라도 함체 외부로 배출되기 위해서는 화염의 방향이 다시 윗방향으로 굴절되어야 함으로 화염이 함체 외부로 쉽게 탈출하기 어렵게 만든다. As shown in FIG. 9B, the
보다 효율적으로 화염을 함체 내부에 봉쇄하기 위해서, 함체 판넬에 배열된 공기 유입구(12)와 찬넬의 개구부(14-1)를 루버(Louver) 형태로 통공한다. In order to more efficiently block the flame inside the enclosure, the
일반적으로 화염의 방향은 위로 상승하는 경향이 있으며 루버의 각도를 이용하여 화염이 상기 방출관을 통과할 때 화염의 방향을 부자연스럽게 변경하도록 유도한다. In general, the direction of the flame tends to rise upward, and the angle of the louver is used to induce the flame to change the direction of the flame unnaturally as it passes through the discharge tube.
상기 화염이 함체 내부에서 찬넬에 통공된 루버 형태의 개구부(14-1)를 통과할 때 화염의 방향이 아래쪽으로 향하도록 유도하거나 굴절되어 다시 함체 내부로 향하게 하며 폭연 방출관(13) 내로 진입이 어렵도록 한다. When the flame passes through the louver-shaped opening 14-1 through the channel from the inside of the enclosure, the flame is induced to face downward or refracted so that it is directed back to the interior of the enclosure, and entry into the deflagration discharge pipe (13) is Make it difficult.
도 10에 도시된 바와 같이 화염이 상기 폭연 방출관 내로 진입하더라도 화염이 판넬에 위치한 루버(Louver) 형태의 유입구(12)를 통과 시 다시 화염의 방향이 아래쪽으로 향하도록 유도하거나 방출관 내부로 굴절되게 함으로써 화염을 함체 내부로 봉쇄하는 효과를 증대시킬 수 있다.As shown in Fig. 10, even if the flame enters the deflagration discharge pipe, when the flame passes through the louver-shaped
또한 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에서 화재 초기에 폭연과 함께 빠른 속도로 함체 외부로 화염이 빠져나오는 것을 방지하는 장치에 있어서, 상기 폭연 방출관 내부에 인화 방지망(flame screen; 31)을 삽입하여 화염이 인화 방지망을 통과할 때 열을 순간적으로 빼앗음으로써 소염하는 역할을 제공한다.In addition, as shown in Fig. 11, in the present invention, in the device for preventing the flame from escaping to the outside of the enclosure at a high speed along with the deflagration at the beginning of the fire, a
또한 인화 방지망은 함체 외부의 화염이 함체 내부로의 유입방지하는 목적으로 함체 내부에 사용되기도 한다.In addition, the flame protection net is also used inside the enclosure for the purpose of preventing flames from outside the enclosure from entering the interior of the enclosure.
상기 인화 방지망에 쓰이는 재료로는 높은 열전도율을 가진 동이나 열전도율이 동과 유사한 재료 또한 가능하다. As a material used for the ignition protection net, copper having a high thermal conductivity or a material having a thermal conductivity similar to copper may also be used.
일실시예로서 상기 인화 방지망은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 주철, 모넬(Ni+Cu) 등으로 이루어질 수 있다.As an embodiment, the ignition prevention net may be made of stainless steel, aluminum, cast iron, or Monel (Ni+Cu).
따라서 인화 방지망은 내부 망을 통과하는 유증기로부터 연소 반응에 필요한 열을 빼앗아 유증기가 외부로 배출되었을 때 착화 위험성이 저하되도록 하면서 외부의 화염이 내부(배터리 함체)로 전이되는 것을 차단한다.Therefore, the ignition prevention net deprives the heat required for the combustion reaction from the oil vapor passing through the internal network, reducing the risk of ignition when the oil vapor is discharged to the outside, and blocks the transfer of external flames to the inside (battery enclosure).
또한 본 발명은 배터리 룸(50)의 화재 확산 방지 구조에 있어서, 도 12에 도시된 바와 같이 배출팬(11-3)이 배터리실 내부 공조 덕트와 연결되어 있는 경우, 배터리실 외부로 가스를 배출하기 위해 배터리 실 배기구(20-3)와 연결된 외부 배기 덕트(20-2)를 내부 공조 덕트(20-1)로부터 분기하여 설치하고 분기 부분에 댐퍼(25)를 설치하여 공조와 배기의 기능을 상황에 따라 수행하도록 할 수 있다. In addition, in the present invention, in the structure for preventing the spread of fire in the
즉 평상시에는 상기 댐퍼의 날개를 회전시켜 배기 덕트를 닫고 공조 덕트를 열어둠으로써 배터리실 내부의 냉기 순환을 유도하고, 가스 감지 시스템에 의해 오프 가스 배출이 감지되는 비상시에는 댐퍼의 날개를 반대 반향으로 회전시켜 공조 덕트를 닫아 배기덕트를 통해 배터리실 외부로 가스의 배출을 유도하도록 한다.That is, in normal times, the blades of the damper are rotated to close the exhaust duct and open the air conditioning duct to induce circulation of cool air inside the battery compartment, and in an emergency when off-gas discharge is detected by the gas detection system, the blades of the damper are reversed. Rotate to close the air conditioning duct to induce gas to be discharged to the outside of the battery compartment through the exhaust duct.
이를테면, 평상시에는 공조 덕트를 통해 배터리실 내 냉기 순환을 유도하고 비상시에는 댐퍼의 날개를 이용하여 공조 덕트를 닫고 외부 배기 덕트를 열어 공기의 방향을 배터리실 외부로 배출되도록 유도할 수 있다.For example, it is possible to induce circulation of cool air in the battery compartment through the air conditioning duct in normal times, and in an emergency, close the air conditioning duct using the blades of a damper and open the external exhaust duct to induce the direction of air to be discharged to the outside of the battery compartment.
또한 상기 분진/연기/열 감지 시스템에 의해 화재 발생 징후가 감지될 때, 댐퍼의 날개를 회전시켜 배기덕트를 닫아 배터리 실내를 봉쇄함으로써 화재가 배터리실 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.In addition, when a fire occurrence sign is detected by the dust/smoke/heat detection system, the exhaust duct is closed by rotating the blade of the damper to block the interior of the battery, thereby preventing the fire from spreading outside the battery compartment.
10 : 함체
11, 11a, 11b, 11c : 배출관
11-1 : 배출관 하측부
11-2 : 배출관 상측부
11-3 : 배출팬
11-4 : 배출관 개구부
11-12 : 냉각핀
12, 12-1, 12-2: 유입구, 개구부
13 : 폭연 방출관
14 : 찬넬
14-1 : 찬넬 개구부
15-n : 함체내 감지 센서 위치
16 : 화염 탈출 방지턱
20-1 : 공조 덕트
20-2 : 외부 배기 덕트
20-3 : 배터리 실 배기구
25 : 댐퍼
30 : 도어 판넬
31 : 인화 방지망
40 : 배터리 모듈
50 : 배터리 룸10: enclosure
11, 11a, 11b, 11c: discharge pipe
11-1: Lower side of discharge pipe
11-2: upper part of discharge pipe
11-3: exhaust fan
11-4: discharge pipe opening
11-12: cooling fin
12, 12-1, 12-2: inlet, opening
13: deflagration discharge tube
14: channel
14-1: channel opening
15-n: detection sensor location in the enclosure
16: flame escape bump
20-1: air conditioning duct
20-2: external exhaust duct
20-3: battery compartment exhaust port
25: damper
30: door panel
31: fire protection net
40: battery module
50: battery room
Claims (12)
상기 함체(10) 외부로부터 내부로 공기가 들어오는 입구 역할을 하는 유입구(12);
상기 유입구(12)에서 유입된 함체(10) 내부의 공기를 외부로 배출하는 경로를 제공하는 배출관(11);
상기 배출관(11)의 일측부에 배출팬(11-3)을 부착하여 랙 내부의 공기를 강제 배출시키며,
상기 유입구(12)가 함체(10)의 정면 판넬에 통공되고, 상기 유입구(12)를 통해 유입된 냉기가 상기 배출관(11)의 외측면에 타공된 복수의 개구부(11-4);를 통해 유입되어 배출되며,
상기 개구부(11-4)의 크기는 배출팬(11-3)에 가까운 위치는 작게 하고 멀수록 커지게 하거나 상기 개구부(11-4) 간의 간격을 배출팬(11-3)에 가까울수록 넓게 하고 멀어질수록 좁게 하여 각각의 개구부(11-4)로 흡입되는 공기량을 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 효율적 공조를 위한 배터리 함체.
A semi-hermetic enclosure 10 that is wrapped using a panel on each side;
An inlet 12 serving as an inlet for air into the enclosure 10 from the outside;
A discharge pipe 11 providing a path for discharging the air inside the enclosure 10 introduced from the inlet 12 to the outside;
A discharge fan 11-3 is attached to one side of the discharge pipe 11 to forcibly discharge the air inside the rack,
The inlet 12 is penetrated through the front panel of the enclosure 10, and the cold air introduced through the inlet 12 is a plurality of openings 11-4 perforated on the outer surface of the discharge pipe 11; Is introduced and discharged,
As for the size of the opening 11-4, the position closer to the discharge fan 11-3 is made smaller and larger as the distance increases, or the distance between the openings 11-4 is made wider as it is closer to the discharge fan 11-3. A battery enclosure for efficient air conditioning, characterized in that the farther away, the narrower the amount of air sucked through each of the openings 11-4 is the same.
상기 함체(10) 외부로부터 내부로 공기가 들어오는 입구 역할을 하는 유입구(12);
상기 유입구(12)에서 유입된 함체(10) 내부의 공기를 외부로 배출하는 경로를 제공하는 배출관(11);
상기 배출관(11)의 일측부에 배출팬(11-3)을 부착하여 랙 내부의 공기를 강제 배출시키며,
상기 유입구(12)가 함체(10)의 정면 판넬에 통공되고, 상기 함체 내 배면 또는 측면에 복수의 배출관(11)이 설치되고, 상기 유입구(12)를 통해 유입된 냉기가 개개의 배출관(11)의 외측면에 타공된 복수의 개구부(11-4);를 통해 유입되어 배출되며,
상기 개개의 배출관 (11)의 개구부(11-4)의 개수를 높이에 따라 달리하여 흡입되는 공기량이 함체내 상중하 부분에 관계없이 동일한 양인 것을 특징으로 하는 효율적 공조를 위한 배터리 함체.
A semi-hermetic enclosure 10 that is wrapped using a panel on each side;
An inlet 12 serving as an inlet for air into the enclosure 10 from the outside;
A discharge pipe 11 providing a path for discharging the air inside the enclosure 10 introduced from the inlet 12 to the outside;
A discharge fan 11-3 is attached to one side of the discharge pipe 11 to forcibly discharge the air inside the rack,
The inlet 12 is penetrated through the front panel of the enclosure 10, a plurality of discharge pipes 11 are installed on the rear or side of the enclosure, and the cold air introduced through the inlet 12 is an individual discharge pipe 11 ) Is introduced and discharged through a plurality of openings (11-4) perforated on the outer surface of the,
Battery enclosure for efficient air conditioning, characterized in that the number of openings (11-4) of each of the discharge pipes (11) is varied according to the height so that the amount of air sucked is the same regardless of the upper, middle, and lower portions of the enclosure.
상기 유입구(12)가 함체(10)의 정면 판넬에 통공되고, 상기 유입구(12)를 통해 유입된 냉기가 상기 배출관(11)의 외측면에 타공된 복수의 개구부(11-4);를 통해 유입되어 배출되거나,
상기 유입구(12)와 배출관(11)에 타공된 복수개 개구부의 형성 위치와 복수개의 배터리 모듈(40) 간극 형성 위치가 각각 일대일로 수평하게 일치하도록 하여 수평으로 유입된 냉기가 상기 유입구(12)의 개구부를 통해 수평으로 유입되어 상기 배터리 모듈(40) 사이를 수평으로 지나 상기 배출관(11)의 개구부로 수평으로 유입되어 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 효율적 공조를 위한 배터리 함체.
The method according to claim 1 or 2,
The inlet 12 is penetrated through the front panel of the enclosure 10, and the cold air introduced through the inlet 12 is a plurality of openings 11-4 perforated on the outer surface of the discharge pipe 11; Flow in and discharge,
The formation positions of the plurality of openings perforated in the inlet 12 and the discharge pipe 11 and the gap formation positions of the plurality of battery modules 40 are aligned horizontally, respectively, so that the cold air introduced horizontally is A battery enclosure for efficient air conditioning, characterized in that horizontally flowing through the opening, horizontally passing between the battery modules 40, horizontally flowing into the opening of the discharge pipe 11, and discharged to the outside.
상기 유입구(12)가 함체(10)의 정면 판넬에 통공되고, 상기 유입구(12)를 통해 유입된 냉기가 상기 배출관(11)의 외측면에 타공된 복수의 개구부(11-4);를 통해 유입되어 배출되며,
상기 유입구(12)로부터 상기 배출관(11)의 개구부(11-4)까지 냉기가 이동하는 동안 배터리 모듈(40)의 표면을 냉각하기 위해 상기 배터리 모듈(40)의 상단, 하단 또는 측면에 냉기 이동 방향에 따라 설치되는 냉각핀(11-12);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적 공조를 위한 배터리 함체.
The method according to claim 1 or 2,
The inlet 12 is penetrated through the front panel of the enclosure 10, and the cold air introduced through the inlet 12 is a plurality of openings 11-4 perforated on the outer surface of the discharge pipe 11; Is introduced and discharged,
Cold air moves to the top, bottom, or side of the battery module 40 to cool the surface of the battery module 40 while the cold air moves from the inlet 12 to the opening 11-4 of the discharge pipe 11 Cooling fins (11-12) installed in accordance with the direction; battery enclosure for efficient air conditioning, characterized in that it further comprises.
상기 함체(10) 내 가장 하단에 설치된 모듈(40)을 지면의 냉기나 습기로부터 보호하기 위한 상기 함체 (10) 내 바닥면에 설치되는 불연성 단열재나 습기 차단재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적 공조를 위한 배터리 함체.
The method according to claim 1 or 2,
Efficient air conditioning comprising: a non-combustible insulation or moisture barrier installed on the bottom surface of the housing 10 to protect the module 40 installed at the bottom of the housing 10 from cold air or moisture on the ground. Battery enclosure for
상기 함체(10) 내부 적층된 배터리 모듈(40) 내부 또는 함체(10) 내부 공간 상단 또는 배출팬 주변 중 하나 이상에 설치되는 화재 감지 및 가스 감지 시스템;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폭연 및 화재 확산 방지를 위한 배터리 함체.
The method according to claim 1 or 2,
Detonation and fire further comprising a fire detection and gas detection system installed inside the battery module 40 stacked inside the enclosure 10 or at the top of the interior space of the enclosure 10 or around the exhaust fan Battery enclosure to prevent spread.
상기 함체(10) 외부로부터 내부로 공기가 들어오는 입구 역할을 하는 유입구(12);
상기 유입구(12)와 상기 함체(10)의 판넬 내측면에 복수의 개구부(14-1)로 통공된 찬넬(14)을 덧대어 형성된 폭연 방출관(13);
상기 폭연 방출관(13)을 구성하는 유입구(12)와 상기 개구부(14-1)의 통공을 루버형식;으로 하는 것을 특징으로 하는 폭연 및 화재 확산 방지와 효율적 공조를 위한 배터리 함체.
A semi-hermetic enclosure 10 that is wrapped using a panel on each side;
An inlet 12 serving as an inlet for air into the enclosure 10 from the outside;
A deflagration discharge pipe 13 formed by adding a channel 14 through the inlet 12 and a plurality of openings 14-1 on the inner side of the panel of the enclosure 10;
A battery enclosure for preventing the spread of deflagration and fire and efficient air conditioning, characterized in that the inlet (12) constituting the deflagration discharge pipe (13) and the through hole of the opening (14-1) have a louver type.
상기 폭연 방출관(13)내에 삽입되어 화재 시 소염역할을 하는 인화 방지망(31);을 포함하는 것을 특징으로 하는 폭연 및 화재 확산 방지와 효율적 공조를 위한 배터리 함체.
The method of claim 9,
A flame protection net (31) inserted into the deflagration discharge pipe (13) to act as an extinguishing flame in case of a fire; and a battery enclosure for preventing the spread of deflagration and fire and for efficient air conditioning.
상기 배터리 함체는,
각각 면에 판넬을 이용하여 감싸는 반 밀폐형 구조인 함체(10);
상기 함체(10) 외부로부터 내부로 공기가 들어오는 입구 역할을 하는 유입구(12);
상기 유입구(12)에서 유입된 함체(10) 내부의 공기를 외부로 배출하는 경로를 제공하는 배출관(11);
상기 배출관(11)의 일측부에 배출팬(11-3)을 부착하여 랙 내부의 공기를 강제 배출시키며,
상기 배출팬(11-3)이 배터리실 내부 공조 덕트(20-1)와 연결되어 있는 경우, 외부 배기 덕트(20-2)를 상기 내부 공조 덕트(20-1)로부터 분기하고 상기 분기점에 댐퍼(25)를 설치하여 공조와 배기의 기능을 상황에 따라 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 효율적 공조와 화재 확산 방지를 위한 배터리 함체를 포함하는 실내 장치.In an indoor device using a battery enclosure for efficient air conditioning,
The battery case,
A semi-hermetic enclosure 10 that is wrapped using a panel on each side;
An inlet 12 serving as an inlet for air into the enclosure 10 from the outside;
A discharge pipe 11 providing a path for discharging the air inside the enclosure 10 introduced from the inlet 12 to the outside;
A discharge fan 11-3 is attached to one side of the discharge pipe 11 to forcibly discharge the air inside the rack,
When the exhaust fan 11-3 is connected to the air conditioning duct 20-1 inside the battery chamber, the external exhaust duct 20-2 is branched from the internal air conditioning duct 20-1, and a damper at the branch point (25) An indoor device including a battery enclosure for efficient air conditioning and prevention of fire spread, characterized in that the functions of air conditioning and exhaust are performed according to circumstances.
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|---|---|---|---|
| KR1020200030805A KR102191291B1 (en) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Battery enclosure for fire spread prevention, deflagration prevention and efficient cooling and inner space having it |
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|---|---|---|---|
| KR1020200030805A KR102191291B1 (en) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Battery enclosure for fire spread prevention, deflagration prevention and efficient cooling and inner space having it |
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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